CN1344350A - 入流侧壁厚减小的催化器体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种催化器体以及一种制造催化器体的方法,它包括至少一个具有催化活性涂层(2)的蜂窝体(1),有多个可流过流体的轴向通道(3),通道各自的通道壁(4)基本上总是有平均的壁厚。为了避免在蜂窝体(1)端面(5)上积炭,相关的通道壁(4)至少在端面(5)的区内各有壁厚减小的起始段(6)。

Description

入流侧壁厚减小的催化器体

本发明涉及一种主要应用于内燃机驱动的汽车排气管路内的催化器体以及一种制造催化器体的方法。

按先有技术有多种避免内燃机有害物质排放的方法。在这里人们必须区别两种不同类型的有害物质，亦即气态的有害物质和颗粒，尤其炭烟颗粒。在柴油机汽车中长期以来认为炭烟颗粒是最有害的成分，所以发展了许多装置，用于从排气中除去炭烟颗粒。其中例如由US-PS4404795已知一种过滤器，它可流过气体，但阻滞炭烟颗粒。为避免过滤器由于过多地聚集炭烟颗粒而堵塞，此过滤器有时在其前部区通过电热器加热到使聚集的炭烟层着火并烧尽的程度。为了支持这一过程，可以在此状态下在过滤器前供给附加的空气。

减少柴油机有害物质的另一种方案的出发点在于，包含在柴油废气内的碳氢化合物和一氧化碳必须氧化，以便排除这一部分有害物质。为此目的，在柴油机中采用与在汽油机中类似的氧化催化器，亦即有许多用于流过排气的通道的蜂窝体，通道有一种催化活性涂层，这种涂层有利于碳氢化合物和一氧化碳的氧化。但在这里出现了一个问题，即这种氧化催化器原则上并不是设计为过滤器，而是有贯穿的通道，在通道的表面较快地沉积炭烟层，它堵塞孔隙从而减小或甚至完全覆盖催化活性表面。其结果是，具有这种炭烟层的氧化催化器实际上不再能形成催化活性。在这种氧化催化器中积炭尤其从催化器体的端面区开始。因此在蜂窝体壁的前部区内产生特别厚的炭烟层，这是特别不希望发生的，因为在内燃机起动后在那里最迅速地达到为催化转换所需的温度，所以降低此区域内的催化活性导致增加冷起动阶段的有害物质排放。

本发明的目的是创造一种尤其用于内燃机，优选地柴油机排气管路中的催化器体，它以简单和经济的方式防止在其端面区内沉积炭烟颗粒。

按本发明为达到此目的借助于按权利要求1所述的催化器体以及按权利要求7所述的制造催化器体的方法。在相关的从属权利要求中说明了本发明恰当的设计。

按本发明的催化器体包括至少一个尤其具有催化活性涂层的蜂窝体，它有许多可流过流体的轴向通道，通道有关的通道壁总是有平均的壁厚，其中，相关的通道壁按本发明至少在催化器体的端面区内各有具有壁厚减小的起始段。

蜂窝体的轴向长度及其横截面形状与在汽车内的具体安装条件相适应，其中长度通常在若干厘米的范围内以及一般采用基本上圆形的横截面形状。但原则上也可以是其他长度和别的横截面形状。涂层优选地由一中间层构成，它优选地由多孔氧化铝(Al₂O₃)组成，其中作为催化活性物质例如含铂(Pt)和/或铑(Rh)。催化器体的壁厚由真正的蜂窝体壁各自的壁厚和涂层的厚度得出，其中，涂层优选地涂覆在相关壁的两面。相关的壁确定了可流过流体的轴向通道，它们在壁之间通过催化器体延伸。此外蜂窝体优选地还被一外壳包围，外壳的尺寸基本上与蜂窝体的轴向尺寸和横截面形状相对应。

通过按本发明的具有至少在端面区通道壁壁厚减小的催化器体的设计，在催化器体直接流入排气的端面处，与在催化器体的端面也保持平均壁厚不同，在此区域内形成了一个对于沉积炭烟颗粒而言为减小了的作用面。其结果是防止产生上面已说明的效应，亦即导致在催化器体的端面上开始沉积炭烟颗粒的结果。因此有效地避免了由于在其起始段形成厚的积炭而迅速堵塞沿轴向通过催化器体延伸的通道，而且恰恰在起始区保持了催化器体的催化效果。按先有技术例如附加地加热催化器体的起始段以便通过将其烧尽来排除积炭的特殊措施，基于按本发明的设计在有些情况下便可以根本取消，因为在起始段迅速开始催化反应并点燃可能在后方沉积的颗粒。因此也取消了为附加地加热起始段所需的结构方面的预防措施。

按催化器体的一种优选的实施形式，通道壁各自的起始段从端面出发沿轴向分别延伸的长度在1至10mm的范围内，特别优选地在2至5mm范围内。因此在催化器体的至少一个端面区内造成壁厚足够的减小。原则上壁厚的减小只是在入流侧才需要，但出自于对称的原因壁厚的减小可设在两个端侧，以便允许按任意方向安装催化体。

因为催化器体通道壁的壁厚总体上由蜂窝体壁的厚度和涂层的厚度决定，所以在结构上特别有利的是，将通道壁相关的起始段设计为，它们至少在一侧没有或基本上没有涂层。因此以特别简单的方式实现按本发明具有已提及的优点的壁厚减小。

本发明的一种实施形式是特别有利的，其中在起始段的区域内通道壁朝催化器体端面的方向基本上逐渐形成尖顶的。其结果是导致朝端面方向连续地减小壁厚，由此可达到在催化器体的端面区内有效的入流迎面横截面积特别有效地减小。除此之外这种设计在流动技术上特别有利于减少沉积，因为在最有利的情况下通道壁系从其平均厚度减小到在催化器体端面区内为锐的入流边。

特别优选的是，按本发明的蜂窝体基本上由缠绕的薄板层，优选地由基本上光滑的和波纹状的交替的薄板层构成。同样，蜂窝体优选地可基本上是一种由陶瓷材料构成的尤其挤压而成的蜂窝体，其中至少一个端侧有通过再变形减小的壁厚。

在制造催化器体尤其制造按权利要求1所述的催化器体的方法中，按已知的方式至少设一个蜂窝体，它有多个可流过流体的轴向通道和有各自的通道壁并基本上加有一个涂层，涂层尤其含有催化活性物质。按本发明通道壁沿催化器体的轴向长度分别制成有平均的壁厚，但相关通道壁各自的起始段至少在催化器体端面区内形成减小的壁厚。此外，在通常应用于汽车中的情况下，催化器体的封套通过设计一个安装蜂窝体的外壳实现。

按本发明为了提高催化器体的效率仅在催化器体的端面区内制成具有减小了各通道壁壁厚的起始段就足够了。因此只付出较低的结构性费用，并因而能简单和经济地生产按本发明的催化器体，它设计成能防止在端面区内沉积颗粒，尤其是炭烟颗粒。

优选一种制造催化器体的方法，其中蜂窝体基本上用陶瓷材料构成。尤其是这样一种蜂窝体可以挤压而成，然后在至少一个端侧再成形。

特别优选的是，基本上由叠置的薄板层，优选地由基本上光滑的和波纹状交替的薄板层通过缠绕这些薄板层构成按本发明的蜂窝体。在这种情况下特别优选的是，薄板的宽度按蜂窝体沿轴向所要求的长度剪裁，其中有关的切口斜置，由此形成逐渐变尖的起始段。

因此在一道工序中既可以按蜂窝体要求的长度剪裁，又可以形成减小了壁厚的起始段。通过在一道工序中综合这两个过程，提供了按本发明方法的一种特别有效和省时以及经济的实施形式。

按方法的一种特别优选的实施形式建议，首先制造上述类型之一的蜂窝体，接着尤其通过将蜂窝体浸入一浴槽内对蜂窝体进行涂层，在这种情况下起始段不涂层。因此无论是基本上用陶瓷材料构成的蜂窝体还是基本上由叠置的薄板层缠绕而成的蜂窝体，都可以在一道工序中既完成涂层又可在如此构成的蜂窝体的端面区内形成减小的壁厚。

若蜂窝体基本上由叠置的薄板层缠绕而成，则按用于制造蜂窝体方法的另一种优选的实施形式特别有利的是，首先薄板层尤其通过浸入一浴槽内加涂层，接着将薄板层缠绕成蜂窝体，在这一过程中，按本发明在涂层步骤中薄板层与催化器体在缠绕步骤中构成的端面区内各自的起始段相应的区段不涂层或基本上不涂层或重新去除涂层。此方法可附加地与方法的一种实施形式组合，在这种实施形式中蜂窝体各自的起始段通过在薄板上斜置切口构成。

下面借助附图进一步说明本发明的其他优点、特征和实施形式。在附图中表示：

图1按本发明的催化器体优选的实施形式剖切俯视图；

图2按本发明的催化器体优选的实施形式剖切侧视图；

图3a按本发明的第一种优选的实施形式起始段放大的剖切侧视图；

图3b沿图3a中线B-B的剖面；

图3c沿图3a中线A-A的剖面；

图4a按本发明的第二种优选的实施形式起始段放大的剖切侧视图；以及

图4b沿图4a中线C-C的剖面。

图1表示按本发明的一种优选的实施形式的催化器体剖切俯视图。此催化器体包括一个由渐开线状缠绕的薄板层，在这种情况下为由基本上光滑的和波纹状的交替的薄板层构成的蜂窝体1、蜂窝体1含催化活性物质的涂层2(图中未表示)以及围绕蜂窝体的外壳。在蜂窝体1内缠绕的薄板构成许多可流过流体的轴向通道3相关的通道壁4。

图2表示图1的催化器体剖切侧视图。构成蜂窝体1的缠绕的薄板装在一个在剖视图中画有断面线的外壳内。催化器体1设计为蜂窝体并包括多个可流过流体的轴向通道3，它们相关的通道壁4沿其各自的轴向长度基本上有平均壁厚。在催化器体的端面5区内，相关的通道壁4按本发明有壁厚减小的起始段6。各自的起始段6从端面5起沿轴向的长度在图2中用虚线表示。

图3a表示按本发明第一种优选的实施形式具有通道壁4起始段6的催化器体端面5区域的放大侧视图。在各通道壁4之间构成可流过流体的各轴向通道3。通道壁4在其沿轴向延伸的长度上基本上有平均壁厚。此壁厚由真正的蜂窝体1和涂层2决定，在图3a中涂层存在于真正的蜂窝体1的两面。涂层优选地由一种基本上制成多孔的Al₂O₃中间层构成，其中催化活性物质含有例如铂(Pt)和/或铑(Rh)。在此第一种优选的实施形式中，按本发明的起始段6这样构成，即，通道壁4在那里总是没有涂层2。对于在图3a中表示的催化器体的情况下这一点适用于蜂窝体1的两面。但也可以设想，在起始段6的区域内只有一面保持不涂层，或只有部分相关的起始段6保持无涂层。

尺寸的比例，具体而言各通道壁4平均壁厚与相关通道3宽度之比，在图3a中以及在其他一些图中均没有按正确的比例描绘。

图3b在俯视图中表示沿图3a中的线B-B的剖面。可以看出在蜂窝体区域内通道壁4的一个区段，在此区段中通道壁4在蜂窝体1的两侧均加有涂层2以及分别有平均的壁厚。

与之不同，图3c表示了沿图3a催化器体的剖面A-A，剖面A-A在相关的通道壁4各自的起始段6的区域内延伸。与图3b所示的剖面不同，在图3c的剖面内可以看出，在起始段6区域内的壁厚比图3b中所表示的平均壁厚小得多。在按图3a、b、c所表示的第一种优选的实施形式中，在端面5的区域内通道壁4壁厚的减小这样实现，即，令通道壁4的起始段6没有涂层2。这尤其可从图3c的A-A剖面中看出。

图4a表示具有按本发明的起始段6第二种优选的实施形式的按本发明的催化器体端面5区域的放大侧视图，起始段与通道壁4的平均壁厚相比有减小了的壁厚。在这里催化体1也基本上设计为具有许多可流过流体的轴向通道3的蜂窝体，蜂窝体有内含催化活性物质的涂层2。已结合图3a说明的涂层成分也适用于此。

在此起始段6的第二种实施形式中，在其所在区内通道壁4朝端面5的方向逐渐形成基本上尖顶的。图4a表示在起始段6的下部蜂窝体1涂层2的厚度逐渐减小，以及在其上部，表示了在由于厚度减小因而逐渐变尖的涂层延长段内蜂窝体1逐渐变尖的分段。显然，也可以在此第二种实施形式中类似于图3a中所示的那样，起始段6设计为基本上没有涂层2以及仅仅是蜂窝体1的相关段设计为逐渐变尖的。

图4b表示沿图4a的线C-C的剖面俯视图。可以看出，在相关的起始段6区域内各自的通道壁4减小了的壁厚和相关的涂层2在两侧减小了的厚度。因此，除了类似于在图3a、b、c(尤其在图3c中可见)的第一种实施例中通道壁4壁厚减小外，还提供了在相关的起始段6的区域内扩宽了的轴向通道3，这同样防止因积炭而堵塞此通道3，并因而意味着按本发明的催化器体带来的另一个优点。

Claims (12)

1.催化器体，它包括至少一个尤其具有催化活性涂层(2)的蜂窝体(1)，催化器体有多个可流过流体的轴向通道(3)，它们有关的通道壁(4)总是有基本上平均的壁厚，其中，有关的通道壁(4)至少在催化器体的端面(5)区内各有壁厚减小的起始段(6)。

2.按照权利要求1所述的催化器体，其特征为：通道壁(4)各自的起始段(6)从端面(5)出发沿轴向延伸的长度在1至10mm的范围内，优选地从2至5mm的范围内。

3.按照权利要求1或2所述的催化器体，其特征为：通道壁(4)各自的起始段(6)在通道壁的至少一侧基本上无涂层。

4.按照权利要求1、2或3所述的催化器体，其特征为：在起始段(6)的区域内，通道壁(4)朝端面(5)的方向基本上逐渐形成尖顶的。

5.按照权利要求1至4之一所述的催化器体，其特征为：蜂窝体(1)是一种基本上由缠绕的薄板层，优选地由基本上光滑的和波纹状的交替薄板层构成的蜂窝体。

6.按照权利要求1至4之一所述的催化器体，其特征为：蜂窝体(1)基本上是一种由陶瓷材料构成的尤其挤压而成的蜂窝体。

7.制造催化器体尤其制造按照权利要求1所述催化器体的方法，其中按已知的方式设至少一个蜂窝体(1)，蜂窝体尤其设计有多个可流过流体的轴向通道(3)，有相关的通道壁(4)和基本上具有一个催化活性涂层(2)，通道壁(4)总是设计有平均的壁厚，以及，相关的通道壁(4)各自的起始段(6)至少在催化器体的端面(5)区内形成减小的壁厚。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征为：蜂窝体(1)基本上由陶瓷材料构成尤其挤压而成，以及，在至少一个端侧为了减小壁厚再变形。

9.按照权利要求7所述的方法，其特征为：蜂窝体(1)基本上由堆叠的薄板层尤其由基本上光滑的和波纹状交替的薄板层缠绕而成。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征为：薄板的宽度按蜂窝体(1)沿轴向所要求的长度剪裁，有关的切口斜置，由此形成逐渐变尖的起始段(6)。

11.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为：首先制造蜂窝体，接着尤其通过将蜂窝体(1)浸入一浴槽内进行涂层，在这种情况下起始段(6)不浸入并因而无涂层。

12.按照权利要求9或10所述的方法，其特征为：首先叠置的薄板层尤其通过浸入一浴槽内加涂层(2)，接着薄板层的堆叠缠绕成蜂窝体(1)，在这一过程中起始段(6)不涂层或基本上不涂层或接着重新去除涂层(2)。

Images